JP2004238712A

JP2004238712A - 構造体、スタンパ、磁気記録媒体及びそれらの製造方法

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Publication number: JP2004238712A
Application number: JP2003031480A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Saito; 達也斉藤; Toru Den; 透田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP4125151B2

Abstract

【課題】自己組織的に分岐する細孔を利用することで、凹凸構造を有するナノ構造体を、より簡易に且つ微細に製造する方法を提供する。
【解決手段】Ａｌを主成分とする基板を陽極酸化して得られる陽極酸化皮膜によるナノ構造体の製造方法において、該基板上に規則的に配列した複数の窪みを形成する工程、その後陽極酸化により形成される細孔について、少なくとも一部の細孔を形成過程において自己組織的に分岐させる工程、更に該細孔における分岐する以前の部分を除去する工程を含むナノ構造体の製造方法。前記細孔の形成後、被陽極酸化膜の下に設けた下地層より該細孔内に突起物を形成する工程を含むナノ構造体の製造方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノスケールの凹凸構造を有する構造体の製造方法、それを用いて作製される構造体、スタンパ及び磁気記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被加工物を陽極として、酸性溶液中で電圧を印加（陽極酸化）すると、ナノスケールの細孔を有する陽極酸化皮膜が得られる。このように、自然に形成される、すなわち自己組織的に形成されるナノ構造体は、半導体プロセスなどで使用されるフォトリソグラフィー、電子線露光、Ｘ線露光など人工的なナノ構造技術を上回る、微細で特殊な構造を実現できる可能性を秘めており、新たなナノ構造技術として注目を集めている。
【０００３】
例えばＡｌを主成分とする基板を硫酸、シュウ酸、リン酸などの酸性溶液中で陽極酸化すると、無数の細孔を有するポーラス状の陽極酸化皮膜が形成されることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。このポーラス皮膜の特徴は、直径が数ｎｍ〜数百ｎｍの極めて微細な円柱状細孔（アルミナナノホール）が数十ｎｍ〜数百ｎｍの間隔で平行に配列するという特異的な幾何学構造を有することにある。そして、この細孔は高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも優れている。
【０００４】
また、ポーラス皮膜の構造は陽極酸化の条件を変えてやることにより、ある程度の制御が可能である。例えば、陽極酸化電圧で細孔間隔を、陽極酸化時間で細孔の深さを、ポアワイド処理により細孔の径をある程度制御可能であることが知られている。ここでポアワイド処理とはアルミナのエッチング処理であり、通常リン酸でのウェットエッチング処理を用いることが多い。
【０００５】
更に、ポーラス皮膜の細孔の垂直性、直線性及び独立性を改善するために、二段階の陽極酸化を行う方法、すなわち陽極酸化を行って形成したポーラス皮膜を一旦除去した後に再び陽極酸化を行って、より良い垂直性、直線性、独立性を示す細孔を有するポーラス皮膜を作製する方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。ここで、この方法では最初の陽極酸化により形成した陽極酸化皮膜を除去するときに出来るＡｌを主成分とする基板の窪みが、二度目の陽極酸化の細孔形成開始点となることを用いている。
【０００６】
上述のような、陽極酸化で得られる細孔内に金属や半導体等を充填することで、磁気記録媒体、磁気センサ、ＥＬ発光素子、エレクトロクロミック素子、光学素子、太陽電池、ガスセンサを始めとする様々なナノデバイスへの応用が期待されている。このためにはポーラス皮膜の細孔を所望のパターンで規則的に配置する技術が必要とされ、細孔の形状、間隔及びパターンの制御性を改善するために、多くのパターニング方法が検討されている。特に特許文献１で提案されているような、被加工物となる基板上に凹凸構造を有したスタンパを圧着させることで、スタンパの構造を基板上に転写して細孔形成開始点を作製する手法は、スタンパの構造次第ではフォトリソグラフィーや電子線露光よりも微細なパターンをより簡易に作製することが可能であり、更にスタンパを繰り返して使用できることもあり、非常に有力なパターニング方法と考えられている。
【０００７】
上記の特許文献１に代表されるスタンパを使用するパターニングにおいては、強度の高いＳｉＣ基板などを電子線露光でパターニングした後ドライエッチングすることで凹凸を形成して、これをスタンパとしている。しかしながら、電子線露光で規則的なパターンを描画するには数十ｎｍが限界であり、更に大面積に加工を施すには長時間を要するため、より簡易なスタンパの作製方法が求められている。
【０００８】
また、特許文献２では陽極酸化膜などのポーラス皮膜を母型とし、細孔内に重合体を生成した後に母型を除去することでピラー状の重合体ネガ型を作製し、前記のネガ型に金属酸化物ゾルを浸透させ、ゲル化することで金属酸化物を生成し、更にネガ型を溶解除去することで母型と同一パターンの細孔を有した金属酸化物を作製する手法が提案されている。しかしこのような手法においても、母型となるポーラス皮膜として陽極酸化膜を利用する場合においては、電子線露光やスタンパによるパターニングが必要である上、ネガ型は構造転写の都度溶解除去されるため、スタンパのように繰り返し使用できるという利点もなく、スループットが良いとは言えない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１２１２９２号公報（第９頁）
【特許文献２】
特開平６−３２６７５号公報（第６頁）
【非特許文献１】
Ｒ．Ｃ．Ｆｕｒｎｅａｕｘ，Ｗ．Ｒ．Ｒｉｇｂｙ＆Ａ．Ｐ．Ｄａｖｉｄｏｓｏｎ”ＮＡＴＵＲＥ”Ｖｏｌ．３３７、ｐ．１４７、１９８９年（アールシーフルノー、ダブルアールリグビー、エーピーダヴィットソン）
【非特許文献２】
”ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ”、Ｖｏｌ．３５、Ｐａｒｔ２、Ｎｏ１Ｂ、ｐ．ｌ１２６−ｌ１２９、１９９６年１月１５日
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、これらの問題点を解決することであり、規則的なナノスケールの凹凸構造を有するナノ構造体を、従来よりも簡易且つ微細に製造する手法を提供する。
また、本発明の目的は、本発明による凹凸構造を有するナノ構造体を利用したスタンパ、及び磁気記録媒体を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の手法の問題点は、本発明による以下の手法により解決される。
本発明の第一の発明は、構造体の製造方法に関するものである。
【００１２】
即ち、本発明は、構造体の製造方法であって、孔の深さ方向に分岐していない非分岐孔と、該非分岐孔につながり且つ分岐している分岐孔を備えている部材を用意する工程、及び該部材から、非分岐孔を除去する工程を有することを特徴とする構造体の製造方法である。
なお、非分岐孔を除去する工程とは、非分岐孔を形成する孔壁の少なくとも一部を除去することを意味する。
【００１３】
また、本発明は、Ａｌを主成分とする基板を陽極酸化して得られる陽極酸化皮膜による構造体の製造方法において、該基板上に規則的に配列した複数の窪みを形成する工程、その後陽極酸化により形成される細孔について、少なくとも一部の細孔を形成過程において自己組織的に分岐させる工程、更に該細孔における分岐する以前の部分を除去する工程を含むことを特徴とする構造体の製造方法である。
【００１４】
更に、上記の構造体の製造方法において、該細孔の形成後、被陽極酸化膜の下に設けた下地層より該細孔内に突起物を形成する工程を含むことを特徴とする構造体の製造方法である。
また、前記の下地層がＮｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆのうち何れかを主成分とすることを特徴とする構造体の製造方法である。
そして、上記の構造体の製造方法において、下地層より細孔内に突起物を形成する工程が、該下地層の酸化であることを特徴とする構造体の製造方法である。
【００１５】
または、前記の下地層が導電性の金属であることを特徴とする構造体の製造方法である。
また、前記の構造体の製造方法において、下地層より細孔内に突起物を形成する工程が、電着であることを特徴とする構造体の製造方法である。
そして、上記の構造体の製造方法において、該基板上に長方状或いは斜方状に配列した窪みを形成することを特徴とする構造体の製造方法である。
更に、前記の構造体の製造方法において、該基板上に、長い間隔が短い間隔の１．４〜２．０倍の長方状或いは斜方状に配列した窪みを形成することを特徴とする構造体の製造方法である。
【００１６】
更に、上記の構造体の製造方法において、該基板上に形成した窪みの長方状或いは斜方状配列において、配列の短い間隔に対応した陽極酸化電圧を印加して陽極酸化を行うことを特徴とする構造体の製造方法である。
そして、上記の構造体の製造方法において、被陽極酸化層を除去する工程により、基板上に下地層より形成された該突起物及びＡｌを主成分とする残留突起物による凸構造を露出して形成することを特徴とする構造体の製造方法である。
また、上記の構造体の製造方法により作製される構造体上に、該構造体と異なる材料を堆積させることを特徴とする構造体の製造方法である。
【００１７】
次に、本発明の第二の発明は、第一の発明における製造方法により製造される構造体に関するものである。
すなわち、上記の構造体の製造方法により作製される構造体である。
または、上記の構造体の製造方法により作製されるスタンパである。
または、上記の構造体の製造方法により作製される磁気記録媒体である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の構造体には、その代表的なものとしてナノ構造体が含まれるために、ナノ構造体について説明する。
【００１９】
＜ナノ構造体の製造方法について＞
本発明におけるナノ構造体の製造方法について、図面に基づいて説明する。
本発明のナノ構造体の製造方法における基板上に形成した窪みの模式図である。
【００２０】
まず、図１に示すように、Ａｌを主成分とする被陽極酸化物となる基板１１上に、細孔形成開始点となる窪み１２を長方状、或いは斜方状に形成する。窪み１２の形成方法は、電子線露光によるパターニングや、ＦＩＢ（集束イオンビーム）によるパターニング、或いは既にパターニングされた突起を有するスタンパを基板表面に押し付けて構造転写するなどの手法が挙げられるが、基板上に細孔形成開始点さえ形成できれば、これらの手法に特に限定されるものではない。
【００２１】
また、陽極酸化による細孔の形成開始点は、被陽極酸化膜表面に窪みをつけたり、該表面上にマスクを形成したり、あるいは所定の凹凸を有する基板上に被陽極酸化膜を形成し、当該凹凸に対応した凹凸を該被陽極酸化膜に形成することにより、得られる。
【００２２】
次に、開始点を形成した基板を陽極酸化して細孔を形成するが、この際図１で示した基板上に形成した窪みの長方状、或いは斜方状配列において、配列の短い間隔１３に対応した陽極酸化電圧を印加することが望ましい。陽極酸化電圧Ｖ［Ｖｏｌｔ］と、形成される細孔の間隔２Ｒ［ｎｍ］には、概ね２Ｒ＝２．５×Ｖなる関係が存在し、例えば窪みを長方状に１００ｎｍ×１５０ｎｍの周期で配列させた場合においては、陽極酸化電圧を４０Ｖとすることが望ましい。これにより、形成される細孔は、形成過程において自己組織的に分岐し、図２で示す状態の二股に分岐した細孔が形成される。ここで図２における残留突起２６とは、被陽極酸化層のうち陽極酸化工程により酸化されずに残る部分であり、Ｂ−Ｂ’で示す残留突起存在位置２７に存在する。すなわち、分岐した後の細孔で形成される長方状配列と同様の周期で、長い間隔方向及び短い間隔方向にそれぞれ１／２周期ずれた位置に存在していることになる。
【００２３】
また、このとき配列の長い間隔１４に対応した陽極酸化電圧を印加すると、短い間隔１３に対応した陽極酸化電圧を印加した場合よりも、形成される細孔が分岐しにくい傾向がある。
【００２４】
ここに、配列の短い間隔１３とは、ある一つの窪みと、それに対して第一近接にある窪みとの間隔であり、配列の長い間隔１４とは、第二近接にある窪みとの間隔と定義する。また、長方状配列とは、前記の短い間隔１３と長い間隔１４の方向が９０度の角度をなしている場合であり、９０度以外の角度をなしている場合を斜方状配列と定義する。
【００２５】
陽極酸化による細孔が自己組織的に分岐するか否かには、上記のような陽極酸化電圧以外に、基板上に形成する窪みの間隔にも依存する。窪みの長方状或いは斜方状配列において、短い間隔と長い間隔が大きく異なる場合には、細孔は分岐するものの、図３に示すように長い間隔の間の領域など、意図しない部分にも細孔３１が形成され、規則性に乱れを生ずるので望ましくない。逆に短い間隔と長い間隔がほぼ等しい場合では、細孔は分岐することはなく、柱状の細孔が得られる。また、被陽極酸化層の膜厚にも関係しており、膜厚が薄い場合では、細孔が分岐する以前に細孔が被陽極酸化層の底部に到達するため、結果的に柱状の細孔が形成される傾向がある。本発明者らが検討した結果、陽極酸化条件や被陽極酸化層の膜厚、及び窪みの間隔によって多少の違いはあるが、およそ長い間隔が短い間隔の１．４倍よりも小さくなると、細孔は分岐しない傾向があることが確認された。また、長い間隔が短い間隔の２．０倍よりも大きくなると、意図しない部分に細孔の形成が始まり、規則性に乱れを生ずることも確認された。つまり、長い間隔が短い間隔の１．４〜２．０倍の範囲内にて意図しない部分に細孔が形成されることはなく、形成過程において自己組織的に分岐した細孔が得られることを確認した。また、長い間隔に対応した陽極酸化電圧を印加した場合では、長い間隔が短い間隔の１．７〜２．０倍のとき、上記のような細孔が得られることも確認した。
【００２６】
陽極酸化に使用するＡｌを主成分とする基板を作製するには、抵抗加熱による真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法など各種の成膜方法が可能であるが、ある程度平坦な表面を有する膜を形成できる方法が好ましい。また、被陽極酸化層となるＡｌを主成分とする膜の膜厚について特に限定はないが、膜厚が厚くなるにしたがって陽極酸化の処理時間が長くなるので、数十ｎｍ〜数μｍ程度とすることが好ましい。さらに好ましくは３０ｎｍ〜１μｍの範囲である。
【００２７】
次に、上述のように作製した細孔内に下地層より形成される突起物について説明する。
Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆのうち何れかを主成分とする金属を下地層として使用し、図４に示すように、陽極酸化による細孔４１により下地層４２を露出した状態から、酸素を主成分とする気体中で下地層４２を酸化する。或いは細孔の隔壁であるアルミナ４３を侵さない溶液中にて、下地層４２を陽極酸化することで下地層４２を酸化する。これにより、酸化された下地層４２は酸化物４４となり体積が増加するため、細孔４１の内部へと充填されるように成長し、下地層４２からの突起物となる。溶液中において酸化を行う場合は、ホウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム水溶液などを使用することが好ましい。
【００２８】
また、上記の手法以外にも、図５に示すように導電性の金属を下地層５１として被陽極酸化層５２の下に配置し、露出した下地層５１を電極としてメッキにより金属を細孔５３底部に充填することによって突起物５４を作製することが可能である。
【００２９】
最後に図６に示すように、リン酸水溶液などにより被陽極酸化層６１のアルミナ６２をウェットエッチングすることで除去すると、下地層６３からの突起物６４による凸型構造が形成される。このようにして形成された凸型構造は、陽極酸化の細孔形成開始点として基板上に電子線露光などにより作製した窪みの凹型パターンよりも２倍以上微細な凸型パターンとなっている。このように本発明においては、人工的なパターニングと自己組織化を組み合わせることにより、同様の突起密度（単位面積当たりの突起数）を有するナノスケールの凸型パターンを人工的なパターニングのみで得るよりも容易に形成するだけではなく、場合によっては電子線露光のような人工的なパターニングの限界を超えた微細なパターンを形成する可能性をも秘めている。
【００３０】
また、フォトリソグラフィーで大面積に細孔形成開始点を形成したのちに、本発明の工程により自己組織的に細孔を分岐させ、下地層からの突起物により凸型パターンを形成することで、フォトリソグラフィーの限界を超えた電子線露光領域のパターンを大面積にわたり作製することも可能である。
【００３１】
また図７に示すように、下地層７１から突起物７２を形成する際に、突起物７２の高さを被陽極酸化層７３の残留突起７４の高さと同程度にし、前述のように被陽極酸化層７３のアルミナ７５をウェットエッチングなどで除去すると、より微細な凸型パターンが形成される。
【００３２】
このように作製した凸型パターンをスタンパとして使用することも可能である。例えばＡｌを主成分とする被陽極酸化膜上、或いは被陽極酸化膜上に設けたレジストなどの上に圧着させ、場合によってはドライエッチングなどの処理を施すことで、被陽極酸化膜上に凸型パターンに対応した凹型パターンを形成し、これを陽極酸化の細孔形成開始点とすることで、作製した凸型パターンに対応した細孔が形成可能となる。
【００３３】
また、スタンパとして使用するにあたって、突起物のみでは圧着の際に必要な強度が不足する場合においては、突起物の上にＷなど強度の高い材料を成膜することで突起物を被覆することが望ましい。
【００３４】
また、本発明により作製した凸型パターンはスタンパとして使用することのみならず、図８に示すように凸型パターン上に磁性体８１を成膜することで、突起部分８２を記録部分８３としたパターンドメディアのような磁気記録媒体とすることも可能である。
【００３５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明する。
【００３６】
＜実施例１＞
本実施例は陽極酸化による細孔の形成に関するものである。
Ｓｉ基板上にスパッタリング法により下地層としてＮｂを１００ｎｍ、更にＮｂの上にＡｌを１μｍ成膜した後、Ａｌ表面に陽極酸化による細孔形成開始点となる窪みを長方状に配列させて作製した。窪みの作製において本実施例では、ＳｉＣを電子線露光によりパターニングすることで長方状に配列した突起を有するスタンパを作製し、スタンパをＡｌ表面に密着させた状態で、油圧プレス機によりスタンパをＡｌ表面に押し付けることでスタンパの突起をＡｌ表面に転写した。このとき、スタンパの突起の間隔を変化させたＡ〜Ｆの試料を用意した。
【００３７】
Ａ〜Ｆの試料に対して、０．３ｍｏｌ／Ｌシュウ酸水溶液中、１６℃にて、４０Ｖの陽極酸化電圧を印加して陽極酸化を行った。ここで、４０Ｖの陽極酸化電圧は、２Ｒ＝２．５×Ｖの関係式より、１００ｎｍすなわち窪みの配列の短い間隔に対応した陽極酸化電圧である。陽極酸化後、０．５ｗｔ％リン酸水溶液に４０分間浸すポアワイド処理を行った。その後、試料の表面及び断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観測した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１に示すように、基板上に形成した窪みの配列の短い間隔と長い間隔に大きな差がない場合においては、Ａの試料のように陽極酸化による通常の細孔、すなわち直線性の良い柱状構造の細孔が得られた。一方、Ｂ〜Ｅの試料では細孔は形成過程において自己組織的に分岐し、試料の形状はおよそ図２で示す状態となった。また、Ｆの試料のように窪みの配列の短い間隔と長い間隔に大きな差がある場合においては、細孔は分岐するものの、図３に示すように基板上に形成した窪みの間を補間するように、意図しない細孔が形成されており、形成された細孔の配列の規則性が大きく乱れていることを確認した。
【００４０】
以上の結果より、本発明のナノ構造体の製造方法における、陽極酸化による細孔を自己組織的に分岐させる工程には、被陽極酸化層であるＡｌの膜厚が１μｍの場合においては長方状或いは斜方状に配列した、細孔形成開始点となる窪みの配列を、長い間隔が短い間隔の１．４〜２．０倍とすることが望ましいことを確認した。
【００４１】
次に、試料Ｂ〜Ｅについて下地層からの突起物の形成を行った。
Ｂ〜Ｅの試料を陽極としてホウ酸アンモニウム溶液中でそれぞれ陽極酸化を行うと、細孔により露出した下地層のＮｂとホウ酸アンモニウム溶液の界面において、ＮｂがＮｂイオンとなり、Ｎｂイオンが酸素と反応してＮｂ酸化物を形成する。このように酸化物が形成されることで露出した下地層部分は体積膨張し、図４に示すように細孔４１内に充填されてＮｂ酸化物４４による突起物を細孔内に形成する。この際、酸化物４２の高さは印加電圧に比例し、印加電圧５０Ｖで突起物の高さは約６０ｎｍ、７０Ｖで約１２０ｎｍ、１００Ｖで約１８０ｎｍである。本実施例では、印加電圧５０Ｖとし、約６０ｎｍの高さのＮｂ酸化物による突起物を形成した。
【００４２】
更に、リン酸とクロム酸の混合溶液に浸すことで、細孔の隔壁であるアルミナを全て溶解した。この状態で試料の断面をＦＥ−ＳＥＭで観測すると、Ｂ〜Ｅ全ての試料において図９に示すようにＮｂ酸化物による突起部９１と、細孔間に存在する十数ｎｍ程度の被陽極酸化層の残留突起９２による凸型構造が形成されていることが確認された。
【００４３】
形成された凸型構造は、分岐した細孔の底部、及び分岐した後の細孔で形成される長方状配列と同様の周期で、長い間隔方向及び短い間隔方向にそれぞれ１／２周期ずれた位置に存在していることになるので、陽極酸化開始時にＡｌ表面に形成した窪みよりも微細な間隔で存在しており、単位面積当たりに存在する突起の密度は、Ａｌ表面に形成した単位面積当たりに存在する窪みの密度の４倍となっている。
【００４４】
以上の結果より、形成過程において自己組織的に分岐する細孔を使用することで、細孔形成開始点を作製する際のパターンよりも、より高密度で微細なパターンを簡易に作製することが可能であることが示された。
【００４５】
＜実施例２＞
本実施例は陽極酸化による細孔の形成に関するものである。特に、被陽極酸化層の膜厚を変化させることで、形成される細孔の形状の変化を観測したものに関する。
実施例１と同様にＳｉ基板上にスパッタリング法により下地層としてＮｂを１００ｎｍ、Ｎｂの上にＡｌを成膜した。本実施例ではＡｌの膜厚を２μｍ，５００ｎｍ，２００ｎｍとした３種類の基板を用意した。
【００４６】
各膜厚の基板に対して、実施例１と同様に細孔形成開始点となる窪みを形成し、実施例１と同様に陽極酸化した後ポアワイド処理を行い、ＦＥ−ＳＥＭで試料を観測した。
その結果、Ａｌ膜厚が２μｍの試料においては、実施例１と同様の結果であり、長方状に配列した細孔形成開始点となる窪みの配列の、長い間隔が短い間隔の１．４〜２．０倍の範囲において、図２に示すような形成過程において自己組織的に分岐した細孔が得られた。
【００４７】
Ａｌの膜厚が５００ｎｍの試料においては、実施例１の結果と同様の傾向であったが、長方状に配列した細孔形成開始点となる窪みの配列の、長い間隔が短い間隔の１．４倍の試料では、細孔は十分に分岐せず、主に柱状の細孔が形成された。１．５〜２．０倍の範囲の試料では、図２に示すような形成過程において自己組織的に分岐した細孔が得られた。
【００４８】
Ａｌの膜厚が２００ｎｍの試料においては、Ａｌの膜厚が５００ｎｍの場合と同様の結果であり、長方状に配列した細孔形成開始点となる窪みの配列の、長い間隔が短い間隔の１．５〜２．０倍の範囲において、図２に示すような形成過程において自己組織的に分岐した細孔が得られた。
【００４９】
以上の結果より、被陽極酸化層であるＡｌの膜厚が１μｍ以上である場合においては、長方状に配列した細孔形成開始点となる窪みの配列の、長い間隔が短い間隔の１．４〜２．０倍の試料において、形成される細孔は図２に示すような形成過程において自己組織的に分岐した細孔となることを確認した。また、Ａｌの膜厚が５００ｎｍ以下の場合においては、長方状に配列した細孔形成開始点となる窪みの配列の、長い間隔が短い間隔の１．５〜２．０倍の試料において、形成される細孔は図２に示すような形成過程において自己組織的に分岐した細孔となり、１．４倍の試料においては、細孔が分岐する以前に被陽極酸化層の底部まで細孔が形成されてしまい、結果として柱状の細孔となることを確認した。
【００５０】
また、実施例１と同様に、分岐した細孔を有する試料において突起物の形成を行ったところ、実施例１と同様に図４に示すような下地層の酸化物による突起物の形成が確認された。
【００５１】
＜実施例３＞
本実施例は下地層からの突起物形成に関する。特にメッキにより、細孔内へ突起物を形成することに関する。
Ｓｉ基板上にメッキの電極となる下地層としてＣｕを５０ｎｍ、更にＣｕの上に被陽極酸化層としてＡｌを１μｍそれぞれスパッタリング法により成膜した。続いて実施例１と同様に、Ａｌ表面に１００ｎｍ×１６０ｎｍの間隔で長方状に配列した窪みを形成し、細孔がＣｕ下地層に到達するまで陽極酸化を行った。これにより実施例１のＣの試料と同様の形状の細孔が形成された。
【００５２】
次に試料を陰極とし、硫酸銅５水和物とホウ酸の混合溶液中にてＣｕのメッキを行った。電着を行うことで、メッキ物のＣｕが細孔底部から充填されて突起物となる。突起物の高さは電解液の濃度やメッキの電位など電着条件と電着時間によって制御可能であり、本実施例では突起物の高さが約５０ｎｍとなるようにメッキを行った。
【００５３】
続いて実施例１と同様に、リン酸とクロム酸の混合溶液に浸すことでアルミナを全て溶解し、試料の断面をＦＥ−ＳＥＭで観測したところ、実施例１と同様にメッキ物のＣｕによる突起物と被陽極酸化層の残留突起による凸型構造が形成されていることが確認された。
以上の結果より、下地層からの突起物の形成においてメッキを利用することも可能であることが確認された。
【００５４】
＜実施例４＞
本実施例は、実施例１で作製した凸型構造のパターンを利用したスタンパに関するものである。
実施例１で作製したＣの試料を利用した凸型構造のパターンを有する試料に、Ｗを１０ｎｍスパッタリング法により成膜することで、図１０に示すように突起部１０１の補強を行い、これをスタンパとした。
【００５５】
次にパターンを転写する基板として、Ａｌ膜上にスピンコート法でレジストを７０ｎｍの厚さで配置した基板を用意し、レジスト上にＷにて補強した試料を押し付けることで、試料の凸部をレジストの表面に凹部として転写した。このとき、レジストの凹部は概ねＡｌまで到達してＡｌが露出しており、露出したＡｌのドライエッチングを行うことでレジスト上の凹部をＡｌに転写した。
【００５６】
レジストを除去した後、Ａｌ膜表面をＦＥ−ＳＥＭで観測すると、スタンパの突起部のうち下地層Ｎｂ酸化物による突起部分のみ構造が転写されていることが確認された。
また、実施例１において、下地層のＮｂ酸化物による突起部の高さを約２０ｎｍとした試料において同様の検討をおこなったところ、下地層のＮｂ酸化物による突起部と、被陽極酸化層の残留突起による突起部の全てがＡｌ膜の表面に凹部として転写されていた。
【００５７】
以上の結果より、実施例１において作製した凸型構造を有するナノ構造体をスタンパとして利用可能であることを確認した。また、本実施例で作製したスタンパを利用して形成したＡｌ膜表面の凹部を陽極酸化の細孔形成開始点とすることで、規則的に配列した細孔を形成することも可能である。
【００５８】
＜実施例５＞
本実施例は、実施例１で作製した凸型構造のパターンを利用した磁気記録媒体に関するものである。
本実施例では、実施例１で作製したＣの試料を利用した凸型構造のパターンを有する試料に、高い垂直磁気異方性を有する磁性体ＣｏＣｒＰｔを５０ｎｍスパッタリング法により成膜することで、図８に示すように突起部分８２の形状を反映した磁性層を形成した。このとき、突起部分８２の密度は約８０Ｇｄｏｔ／ｉｎ^２であった。
【００５９】
続いて試料の基板に対して垂直方向に８ｋＯｅの磁場を印加した後、ゼロ磁場の状態にし、記録部分８３の残留磁化状態をＭＦＭ（磁気力顕微鏡）を使用して観測した。ＭＦＭ像より、記録部分の磁化は全て印加磁場の方向に向いていることが確認された。更にこの状態から、逆方向に８ｋＯｅの磁場を印加した後、ゼロ磁場の状態にし、記録部分８３の残留磁化状態をＭＦＭ（磁気力顕微鏡）を使用して観測したところ、記録部分の磁化は全て反転しており、印加磁場の方向に向いていた。また、これらのＭＦＭ像において、隣接する記録部分８３間における磁気的干渉による磁化反転も確認されず、一つの突起部分８２上に形成された記録部分８３に対して１ビットを記録させるパターンドメディアとして利用することも可能であると確認できた。
【００６０】
以上の結果より、本発明による凸型構造のパターンに磁性体を堆積させることで作製したナノ構造体に記録用磁気ヘッドを利用して記録部分に対して磁場を印加し、これを再生用ヘッドで読み取ることで磁気記録媒体として使用可能であることが確認された。
また、本発明によるナノ構造体を利用した磁気記録媒体の記録方式は、本実施例のように垂直記録方式に限定されるものではなく、面内記録方式であっても構わない。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明により、自己組織的に分岐する細孔を利用することで、凹凸構造を有するナノ構造体を、より簡易に且つ微細に製造することが可能となる。
また、本発明による凹凸構造を有するナノ構造体を利用したスタンパ、及び磁気記録媒体も作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のナノ構造体の製造方法における基板上に形成した窪みの模式図である。
【図２】自己組織的に分岐した細孔の模式図である。
【図３】意図しない部分に形成された細孔の模式図である。
【図４】細孔内への突起物形成の模式図である。
【図５】細孔内への突起物形成の模式図である。
【図６】下地層からの突起物による凸型構造の模式図である。
【図７】下地層からの突起物と被陽極酸化層の残留突起物による凸型構造の模式図である。
【図８】本発明による凸型パターンを使用した磁気記録媒体の模式図である。
【図９】Ｎｂ酸化物と被陽極酸化層の残留突起による凸型構造の模式図である。
【図１０】突起部を補強した状態の模式図である。
【符号の説明】
１１基板
１２窪み
１３配列の短い間隔
１４配列の長い間隔
２１二股に分岐した細孔
２２二股に分岐する以前の細孔
２３アルミナ
２４分岐により残ったアルミナ部分
２５下地基板
２６残留突起
２７残留突起存在位置
３１意図しない部分に形成された細孔
３２二股に分岐した細孔
３３二股に分岐する以前の細孔
３４分岐により残ったアルミナ部分
４１細孔
４２下地層
４３アルミナ
４４酸化物
４５残留突起
５１下地層
５２被陽極酸化層
５３細孔
５４突起物
５５残留突起
５６アルミナ
６１被陽極酸化層
６２アルミナ
６３下地層
６４突起物
６５残留突起
６６細孔
７１下地層
７２突起物
７３被陽極酸化層
７４残留突起
７５アルミナ
７６細孔
８１磁性体
８２突起部分
８３記録部分
８４残留突起
８５下地層
９１突起部
９２残留突起
９３下地層
１０１突起部
１０２残留突起
１０３下地層
１０４タングステン

Claims

構造体の製造方法であって、孔の深さ方向に分岐していない非分岐孔と、該非分岐孔につながり且つ分岐している分岐孔を備えている部材を用意する工程、及び該部材から、非分岐孔を除去する工程を有することを特徴とする構造体の製造方法。
Ａｌを主成分とする基板を陽極酸化して得られる陽極酸化皮膜による構造体の製造方法において、該基板上に規則的に配列した複数の窪みを形成する工程、その後陽極酸化により形成される細孔について、少なくとも一部の細孔を形成過程において自己組織的に分岐させる工程、更に該細孔における分岐する以前の部分を除去する工程を含むことを特徴とする構造体の製造方法。
前記細孔の形成後、被陽極酸化膜の下に設けた下地層より該細孔内に突起物を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の構造体の製造方法。
前記下地層より細孔内に突起物を形成する工程が、該下地層の酸化であることを特徴とする請求項３に記載の構造体の製造方法。
前記下地層より細孔内に突起物を形成する工程が、メッキであることを特徴とする請求項３に記載の構造体の製造方法。
前記下地層が導電性の金属であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかの項に記載の構造体の製造方法。
前記下地層がＮｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆのうち何れかを主成分とすることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかの項に記載の構造体の製造方法。
前記基板上に長方状或いは斜方状に配列した窪みを形成することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかの項に記載の構造体の製造方法。
前記基板上に、長い間隔が短い間隔の１．４〜２．０倍の長方状或いは斜方状に配列した窪みを形成することを特徴とする請求項８に記載の構造体の製造方法。
前記基板上に形成した窪みの長方状或いは斜方状配列において、配列の短い間隔に対応した陽極酸化電圧を印加して陽極酸化を行うことを特徴とする請求項２乃至９のいずれかの項に記載の構造体の製造方法。
被陽極酸化層を除去する工程により、基板上に下地層より形成された該突起物及びＡｌを主成分とする残留突起物による凸構造を露出して形成することを特徴とする請求項２乃至１０のいずれかの項に記載の構造体の製造方法。
作製される構造体上に、該構造体と異なる材料を堆積させることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれかの項に記載の構造体の製造方法。
請求項２乃至１２のいずれかに記載の構造体の製造方法により作製される構造体。
請求項２乃至１２のいずれかに記載の構造体の製造方法により作製されるスタンパ。
請求項２乃至１２のいずれかに記載の構造体の製造方法により作製される磁気記録媒体。